辅助式GPS接收机的快速定位算法研究

提出了一种针对辅助式GPS接收机的快速定位算法。该算法无需比特同步、帧同步和解调电文,仅由伪码相位测量值和误差小于300 km的用户位置估计值即可重构出卫星发射时刻,进而获得伪距观测量并构造包含5个未知数的测量方程组,通过求解该方程组获得用户位置。仿真表明,本文提出的定位解算算法在载噪比低至20 dBHz时仍能实现快速定位,有效减小接收机初次定位时间。     

基于时钟偏差模型的GPS不完整星座定位方法

为使GPS接收机在卫星星座不完整情况下仍能定位,提出采用接收机时钟偏差模型辅助接收机定位的方法.将模型预测的时钟偏差引入伪距线性化定位解算方程中,保证了在GPS星座不完整时仍能给出接收机的位置.基于GPS实测数据的验证分析表明,该方法的定位精度在标准误差范围内.同时,该方法具有计算简单、有效可行的特点,可以方便地嵌入到GPS接收机中.     

传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析

由于传统目标定位模型分析会增加目标定位时延,为了缩小目标定位时延,提出了传感网络终端时钟同步的目标定位模型分析。通过传感网络终端的仿真计算,分析了时钟同步的目标状态,在选取合适的模拟方法基础上,确定了目标节点位置与定位系数之间的关系,设计了传感网络终端时钟同步的模拟过程,完成传感网络终端的时钟同步模拟;在模拟后的传感网络终端时钟同步中设置目标采集指令,由路由器将目标采集指令转发,为了确保传感网络终端节点进入待采集状态的准时性,计算了目标的采集时间,采集时间确定后,协调器还要将等待接收反馈目标的时间上传到传感网络终端,完成传感网络终端时钟同步的目标采集;最后通过时钟同步目标定位模型的构建,实现了传感网络终端时钟同步的目标定位。仿真实验结果显示,提出的目标定位模型分析可以缩短目标定位时延。     

一种低通信开销联合时钟同步和定位算法

针对无线传感器网络（wireless sensor networks ,WSNs）中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议（pairwise broadcast synchronization ,PBS）改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点（位置已知,时钟需同步）侦听未知节点（位置未知,时钟需同步）与参考节点（位置已知,时钟为参考时钟）双向交换的时间信息,不用发送额外的信息。因此相比于传统基于双向信息交换方式的联合时钟同步和定位算法可以节省大量的通信开销,同时可以降低同步所需参考节点的数目。该算法不仅对未知节点的位置参数和时钟参数进行联合估计,同时也完成锚节点时钟参数的估计。经过仿真分析,估计值满足所推导的克拉美罗下限（cramer-rao lower bound,CRLB）,且估计精度接近其他两种典型联合算法。综合考虑估计精度和通信开销,所提出的算法优于现有的联合时钟同步和定位算法。     

3颗卫星条件下 GPS三维定位的新方法

提出了一种新型的双天线全球定位系统(GPS)接收机结构方案,用于某些恶劣定位条件下、接收信号的卫星数量较少时对用户位置进行解算.该方法可以在仅接收到3颗卫星信号的情况下,根据GPS的原始数据和伪距,进行较理想的三维位置估计,满足单机定位的精度.建立了基于非线性滤波的位置估计模型,根据该模型的特点,运用平淡卡尔曼滤波算法求解该模型.通过GPS定位实验,验证了该方法的可行性.     

空中节点GPS定位技术研究

GPS动态精密单点定位以其作业简便,不依赖其他基准站系统等优点,广泛应用于导航定位、GIS数据采集、科学考察等领域,成为近年来导航与定位技术的研究热点。本文主要介绍了GPS单点定位的基本原理,把用户接收机当做空中节点,模拟了用户接收机的位置,并用Matlab拟合出了牵引着用户接收机的锚的位置。结果表明,这种定位算法精确度很高,能满足设计要求,说明了算法的合理性。     

DS/CDMA接收机高精度时钟同步及其校准技术

介绍了以卫星导航系统时钟为参考时间基准，通过时间比对的方法，实现对卫星接收机高精度频率源OCXO的时钟同步及校准，成功地解决了卫星导航系统与卫星接收机时钟同步的问题，为卫星导航定位电文解算提供可靠的时序．正确地解算导航电文，以保证后续的位置定位的精度要求．     

GPS转发式欺骗时延分析与优化

为避免全球定位系统(global positioning system,GPS)转发式欺骗中不合理的时延改变接收机钟差,建立了转发式欺骗模型,利用泰勒级数展开的方法推导了时延与定位偏差的映射关系,给出了映射矩阵的具体形式.进而分析了产生负数时延的原因,并研究了时延修正对接收机钟差的影响.在得到映射矩阵基础上,综合接收机钟差和欺骗位置两方面因素,提出一种利用遗传算法优化时延的方法,该方法以接收机钟差改变量和欺骗偏差为寻优准则,在转发器工作范围内寻找符合要求的时延.仿真结果表明,采用遗传算法所得到的时延,对钟差的改变量小于接收机纳秒级的时钟精度,并且欺骗位置在预先设定的范围内,同时结果不再需要修正.该方法可以有效提高转发式欺骗的隐蔽性,为成功实施GPS转发式欺骗提供了参考.     

基于PCI总线的GPS接收机设计

介绍了基于周边元件扩展接口(PCI)总线的全球定位系统(GPS)接收机, 该接收机通过PCI总线实现PC机对相关器的控制并得到导航信息. 该接收机和参考接收机的同步测量结果表明, 两个接收机对定位信息获取的误差趋势相同, 通过接收机的水平误差散点图和时间序列垂直误差分布图可见, 该测量系统较稳定, 可准确地反映定位点的位置信息.      

基于群机系统的时钟同步模型

叙述了并行分布式系统中时钟同步的重要性，并介绍了完成时钟同步的三种主要方法.抽象出群机系统模型.在此基础上提出了linux系统环境下的群机系统的时钟同步模型.     

城区环境下鲁棒定位算法

在城区环境下,不依赖于辅助的手段,获得定位结果面临两大困难.由于信号非常微弱,接收机不能获得伪距等观测量导致无法得到定位解.接收机即使通过弱信号处理等增强措施,获得伪距等观测量,但是由于观测量误差较大,依然不能获得满足要求的定位结果.本文主要针对以上两个问题,提出了各自的解决方案：常规接收机需要完整跟踪4颗或者以上的卫星才能获得定位结果.在城区环境下很难有4颗以上的卫星同时满足要求,因而无法实现定位.本文提出了一种新的方法来解决该问题.只要接收机进入到跟踪模式,即获得1ms以内的观测量即可实现定位.通过延长相干积分的方式,即使信号功率电平在解调门限以下,只要接收机能够跟踪信号,就可以获得定位结果.针对城区环境下多径现象引入的测距误差,导致定位结果偏差较大,本文利用故障诊断的原理,对获得的伪距观测量进行非线性加权处理来改善定位精度.为了验证该算法,采用实际采集的数据来进行验证.     

基于软件接收机的标量与矢量跟踪算法设计与分析

以Matlab软件接收机为平台,研究对比了标量与矢量跟踪算法结构原理及算法设计,并分析了两种不同算法在信号短暂遮挡环境下的接收机跟踪性能. 建立了基于扩展卡尔曼滤波的矢量延迟/频率锁定跟踪算法模型,分析了矢量跟踪算法控制过程及时间同步问题,分析了标量与矢量跟踪算法在信号短暂遮挡环境下快速重跟性能及其对定位的影响,并进行了半实物仿真. 仿真结果表明,矢量跟踪算法不仅具有更好的快速重跟性能,而且接收机的位置检测精度和位置检测平滑度都优于标量跟踪算法.      

基于GPS定位原理的轨道外部几何参数测量系统

 利用GPS 定位全天候、高效率、低成本的特性,设计出一种新型的轨道外部几何参数测量系统.该系统由卫星系统、加载接收机的轨检仪、控制网和GPRS 发射站组成.测量前,先构建边连式同步图形扩展式带状轨道监测控制网,并在现有的轨检仪上加载GPS 接收机.测量过程中,轨检仪沿轨道运动:GPS 控制网中4 个GPS 基站与轨检仪上GPS 流动站实时采集定位信息;定位信息经双差处理和整周模糊度解算后,得到RTK(real-time kinematic)观测量,确立轨道中心线;结合轨检小车测出的轨道内部几何参数和轨道中心线,解算出轨道高程.静态实验与外场试验结果表明:该测量系统自动化程度较高,静态观测误差在0.5 mm 以内,动态误差在15 mm 以内,完全能够满足轨道外部几何参数高精度测量的要求.     

GBAS参考接收机精度对一致性监测影响研究

为研究GBAS参考接收机精度对多参考接收机一致性影响,通过理论推导和仿真验证,建立参考接收机定位精度与多参考接收机一致性(B值)之间的关系。通过接收机数据采集实验,并依据上述理论对GNSS参考接收机伪距等原始观测数据进行处理以及作图分析。实验结果发现随着定位精度提高B值变小,即参考接收机一致性提高。在此基础上给出了一般情况下,满足连续性要求的地基增强系统(GBAS)参考接收机水平定位精度应在0.1 m左右(即分米级)。该实验结果可在GBAS试验时为参考接收机选取提供参考。     

GPS接收机的定位误差分析

基于Superstar Ⅱ GPS接收机和MATLAB实验平台,实现了所有星座误差及信道误差的修正.重点分析了卫星钟差、电离层误差、对流层误差、地球自转效应等误差及修正方法.参照IGS精密星历,利用Klobuchar模型,电离层误差修正掉约14 m;利用高度角模型,对流层误差平均修正掉4.05 m;地球旋转效应误差最大修正掉约30 m;卫星钟差修正后不超过3.1 m.实验结果最终定位精度17 m,验证了误差修正方法的正确性,为今后进行的GPS接收机研制工作积累了经验.     

一种基于边缘计算的RTK定位方法

实时动态载波相位差分(Real-Time kinematic,RTK)定位是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术,通过架设基准站并将基准站数据与流动站数据进行差分解算获取流动站的精确位置,从而得到比传统GPS定位更为精确的结果。本文提出了一种基于边缘计算的实时动态载波相位差分定位方法 E-RTK(Edge Real-Time Kinematic),通过将RTK解算任务迁移至边缘设备,降低RTK移动端对硬件的算力需求,进而降低RTK定位的硬件成本。本文基于E-RTK进行了实现及测试,实验证明,该E-RTK定位在较低的硬件成本下,能够达到与传统RTK定位相当的精度,除此之外,在使用GPS+BEIDOU卫星数据进行解算定位时,相较于常见的GPS+GLONASS定位,其Fix速度具有较大提升。     

基于多参考站的分米级GPS伪距差分定位方法

为了提高GPS单频伪距差分定位精度,提出了一种利用已有CORS系统进行伪距差分定位的方法.该方法以单站伪距差分为基础,利用改进的伪距差分模型,首先将各参考站伪距改正数除去接收机钟差影响,再通过参考站与流动站的位置关系建立伪距改正数线性组合内插模型.最后将模型内插得到的综合伪距改正数发送至流动站用户,实现伪距差分定位.实验表明,该方法能有效克服常规伪距差分定位精度不高,且随基线长度增加精度递减的缺陷.多参考站伪距差分能够较稳定地实现分米级定位,精度分布均匀.